物探钻头的制作方法

本实用新型涉及钻井勘探领域，进一步的，涉及一种物探钻头，尤其涉及山地油气资源钻井中一种适用于灰岩地层的物探钻头。

背景技术：

随着我国国民经济的高速发展，国家对油气资源的需求急剧增加，供需矛盾日益艰巨。2018年我国石油对外依存度达72％，天然气对外依存度达43％，这不仅限制了我国经济的高速发展，而且严重威胁着国家的能源安全，因此，必须进一步加强我国油气资源的开发。随着我国勘探的主战场逐渐向山地丘陵等地区转移，加强山地勘探钻井装备的研发迫在眉睫。物探钻头作为我国山地勘探的主要装备，其钻井效率和使用寿命等性能直接影响油气勘探开发进度和成本。

然而，面对复杂的地质条件，钻井勘探大多采用同一类型的物探钻头进行钻井，地层的针对性不强。我国一些地区(如：川渝地区)属于灰岩地层，其特点为硬度大、研磨性强，导致现阶段使用的物探钻头在钻进灰岩地层时存在钻井效率低、钻头寿命短等缺点，增加作业时间和油气勘探成本，严重影响了我国山地丘陵等地区的油气勘探开发进度。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种物探钻头，以克服现有技术的缺陷。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种物探钻头，能够有效提高针对灰岩为主的硬地层的破岩效率，在降低工作人员劳动强度的同时，能够提高钻井效率，而且本实用新型的物探钻头在快速破岩过程中，能够减少物探钻头的损伤，延长使用寿命。

本实用新型的目的可采用下列技术方案来实现：

本实用新型提供了一种物探钻头，所述物探钻头包括钻头柄和设置于所述钻头柄下方的钻头主体，其中：

所述钻头柄为竖向设置的顶端开口、底端开口的筒状结构，所述钻头柄的内部形成有分别与所述顶端开口和所述底端开口相连通的第一流道；

所述钻头主体的顶部与所述钻头柄的底端连接，所述钻头主体上设置有多个喷口，所述钻头主体的内部形成有与各所述喷口相对应的第二流道，各所述第二流道的一端均与所述第一流道连通，各所述第二流道的另一端与对应的所述喷口连通，所述钻头主体的外壁上沿所述钻头主体的周向开设有多个排屑槽，每个所述排屑槽均为沿所述钻头主体的周向开设的螺旋状凹槽，所述钻头主体的底部端面上设置有多个锥球齿。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述锥球齿包括与地层中的岩石相接触的接触部和连接所述接触部的连接部，所述连接部为倒锥形结构，所述接触部为半球形结构，所述连接部的顶部与所述钻头主体的底部连接，所述连接部的底部与所述接触部连接。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述接触部与所述连接部一体成型，且所述接触部和所述连接部均采用硬质合金制成。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述钻头柄的外壁为由下至上外径逐渐缩小的阶梯状，所述钻头柄的中部外壁上沿所述钻头柄的周向设置有多个传动花键，相邻两所述传动花键之间开设有键槽，所述键槽的底部通过纵截面为弧形的过渡槽与位于各所述传动花键下方的所述钻头柄的外壁平滑连接，位于各所述传动花键上方的所述钻头柄的外壁上设置有柱状卡接部。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述传动花键的上部外壁为由下至上半径逐渐缩小的倾斜平面；位于所述卡接部上方的所述钻头柄的外壁为由下至上半径逐渐缩小的锥形面。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述钻头主体为柱形结构，所述钻头主体的底部为钻头端面，所述钻头主体的顶部与所述钻头柄的底端连接，所述钻头主体的底部外壁至所述钻头主体的顶部外壁之间设置有由下至上顺序连接的外缘面和钻头锥面，所述外缘面为由下至上半径逐渐增大的锥形面，所述钻头锥面为由下至上半径逐渐缩小的锥形面，各所述锥球齿分别设置于所述外缘面和所述钻头端面上。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述锥球齿的数量为十个，其中六个所述锥球齿沿所述外缘面的周向均匀排布，另四个所述锥球齿在所述钻头端面上交错排布。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述外缘面与所述钻头锥面之间设置有保径凸台，所述保径凸台为沿所述钻头主体的周向设置的环状结构，所述保径凸台的直径大于所述钻头端面的直径，且所述保径凸台的直径大于所述钻头锥面的最大直径。

在本实用新型的一较佳实施方式中，各所述排屑槽沿所述钻头主体的周向均匀排布，各所述排屑槽的顶部均位于所述钻头锥面的顶部位置，各所述排屑槽依次穿过所述钻头锥面、所述保径凸台和所述外缘面，各所述排屑槽的底部均延伸至所述外缘面的底部位置，各所述排屑槽与位于所述外缘面上的各所述锥球齿相错开；

各所述喷口沿所述钻头主体的周向匀布于所述钻头端面的边缘位置，与各所述喷口位置相对的所述排屑槽的底部与对应的所述喷口连通。

在本实用新型的一较佳实施方式中，所述排屑槽的数量为所述喷口数量的两倍，每间隔一所述排屑槽的另两所述排屑槽分别与相邻两所述喷口对应连通。

由上所述，本实用新型的物探钻头的特点及优点是：

一、在钻头主体的底部端面上设置有多个锥球齿，其与钻头主体的连接位置为倒锥形结构，与现有的球形齿相比不仅具有更好的稳定性，保证与钻头主体的稳定连接，而且具有更好的耐撞击能力，避免由于过度磨损导致钻头主体失效，延长物探钻头的使用寿命。

二、钻头柄的内部形成有第一流道，钻头主体的内部形成有与第一流道相连通的多个第二流道，钻头主体上设置有与各第二流道对应连通的多个喷口，通过第一流道、各第二流道和各喷口将压缩空气送入至井底，并通过空气将井底的岩屑携带至地面，保证破岩作业的顺利进行。

三、在钻头主体的外壁上沿钻头主体的周向开设有多个排屑槽，每个排屑槽均为沿钻头主体的周向开设的螺旋状凹槽，物探钻头在作业过程中排屑槽的螺旋状结构与钻头主体的旋转方向相配合，便于压缩空气将井底的岩屑携带至地面，提高工作效率，保证钻井作业的顺利完成。

附图说明

以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中：

图1：为本实用新型物探钻头的正视图。

图2：为本实用新型物探钻头中钻头柄的正视图。

图3：为本实用新型物探钻头中钻头主体的正视图。

图4：为本实用新型物探钻头中钻头主体的仰视图。

图5：为本实用新型物探钻头中锥球齿的结构示意图。

图6：为本实用新型物探钻头的内部结构示意。

本实用新型中的附图标号为：

1、钻头柄；101、第一流道；

102、传动花键；103、键槽；

104、过渡槽；105、卡接部；

106、冲击端面；2、钻头主体；

201、喷口；202、第二流道；

203、排屑槽；204、钻头端面；

205、外缘面；206、钻头锥面；

207、保径凸台；3、锥球齿；

301、接触部；302、连接部；

4、参考线；5、辅助参考线；

l1、第一距离线；l2、第二距离线；

l3、第三距离线；l4、第四距离线。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式。

如图1至图6所示，本实用新型提供了一种物探钻头，该物探钻头包括钻头柄1和设置于钻头柄1下方的钻头主体2。其中：钻头柄1为竖向设置的顶端开口、底端开口的圆筒状结构，钻头柄1的顶端为冲击端面106，钻头柄1的内部沿钻头柄1的轴向形成有分别与顶端开口和底端开口相连通的第一流道101；钻头主体2的顶部与钻头柄1的底端连接，钻头主体2上设置有多个喷口201，钻头主体2的内部形成有与各喷口201相对应的第二流道202，各第二流道202的一端均通过钻头柄1的底端开口与第一流道101连通，各第二流道202的另一端与对应的喷口201连通，钻头主体2的外壁上沿钻头主体2的周向开设有多个排屑槽203，每个排屑槽203均为沿钻头主体2的周向开设的螺旋状凹槽，钻头主体2的底部端面上设置有多个锥球齿3。

本实用新型在钻头主体2的底部端面上设置有多个锥球齿3，其与钻头主体2的连接位置为倒锥形结构，不仅能够与钻头主体2之间稳定连接，而且锥球齿3的侧壁具有更好的耐撞击能力，避免在作业过程中由于与岩石的不断撞击造成锥球齿3的过度磨损导致钻头主体2失效，延长物探钻头的使用寿命。在钻头柄1的内部形成有第一流道101，钻头主体2的内部形成有与第一流道101相连通的多个第二流道202，钻头主体2上设置有与各第二流道202对应连通的多个喷口201，通过第一流道101、各第二流道202和各喷口201将压缩空气送入至井底，并通过空气将井底的岩屑携带至地面，保证破岩作业的顺利进行。另外，在钻头主体2的外壁上沿钻头主体2的周向开设有多个排屑槽203，每个排屑槽203均为沿钻头主体2的周向开设的螺旋状凹槽，物探钻头在作业过程中，控制钻头主体2的旋转方向与排屑槽由上至下在钻头主体2的轴向上的延伸方向相同，可随钻头主体2旋转过程中的惯性将空气和岩屑顺利输送至排屑槽203内，通过排屑槽203与钻头主体2的配合，便于压缩空气将井底的岩屑携带至地面，提高工作效率，保证钻井作业的顺利完成。

在本实用新型的一个可选实施例中，如图5所示，锥球齿3包括接触部301和连接部302，接触部301用于钻井过程中与地层中的岩石相接触，对岩石进行破碎；连接部302用于将接触部301连接于钻头主体2上，连接部302为倒锥形结构，接触部301为半球形结构，连接部302的顶部与钻头主体2的底部连接，连接部302的底部与接触部301连接。连接部302的顶部的直径大于接触部301的直径，与现有的球形齿相比增大了与钻头主体2的连接面积，提高了连接的稳定性，具有更好的耐撞击能力，避免在作业过程中由于与岩石的不断撞击造成锥球齿3的过度磨损导致钻头主体2失效，延长物探钻头的使用寿命。

进一步的，接触部301与连接部302可为但不限于一体成型。

进一步的，接触部301和连接部302均可采用但不限于硬质合金制成，保证锥球齿3具有良好的耐磨性、冲击韧性以及抗弯曲能力，有效减小合金齿的失效，从而延长了物探钻头的使用寿命，减少了钻井过程中更换物探钻头的次数，有效提高了钻井效率。

在本实用新型的一个可选实施例中，如图1、图2、图6所示，钻头柄1的外壁为由下至上外径逐渐缩小的阶梯状，钻头柄1的中部外壁上沿钻头柄1的周向设置有多个传动花键102，相邻两传动花键102之间开设有键槽103，键槽103的底部通过纵截面为弧形的过渡槽104与位于各传动花键102下方的钻头柄1的外壁平滑连接，位于各传动花键102上方的钻头柄1的外壁上设置有柱状卡接部105，钻头柄1通过各传动花键102和卡接部105与冲击器配合连接，冲击器输出的冲击载荷作用于冲击端面106上，从而按设定频率给钻头主体2提供冲击载荷。

进一步的，如图2所示，传动花键102的上部外壁为由下至上半径逐渐缩小的倾斜平面，传动花键102的上部外壁与竖直方向之间的夹角为5°。位于卡接部105上方的钻头柄1的外壁为由下至上半径逐渐缩小的锥形面，锥形面与竖直方向之间的夹角为5°。通过传动花键102和钻头柄1的结构和角度设置，以提钻头柄1与冲击器连接的对中性和同轴度，保证二者之间稳定连接。

在本实用新型的一个可选实施例中，如图1、图3、图4、图6所示，钻头主体2为沿竖直方向设置的圆柱形结构，钻头主体2的底部为圆形钻头端面204，钻头主体2的顶部与钻头柄1的底端连接，钻头主体2的底部外壁至钻头主体2的顶部外壁之间设置有由下至上顺序连接的外缘面205和钻头锥面206，外缘面205为由下至上半径逐渐增大的锥形面，外缘面205与竖直方向之间的夹角为40°，钻头锥面206为由下至上半径逐渐缩小的锥形面，钻头锥面206与竖直方向之间的夹角为5°，各锥球齿3分别设置于外缘面205和钻头端面204上，通过外缘面205和钻头锥面206的结构和角度设置，以提高钻头主体2、钻头柄1与冲击器连接的对中性和同轴度，保证稳定的连接关系。

进一步的，钻头主体2与钻头柄1之间的连接方式可采用但不限于焊接或者一体成型。

在本实用新型的一个可选实施例中，如图4所示，锥球齿3的数量为十个，其中六个锥球齿3沿外缘面205的周向均匀排布，另四个锥球齿3在钻头端面204上交错排布，增大对井底的覆盖率，提高钻井效率。

在该实施例中，如图4所示，位于钻头端面204上的四个锥球齿3的位置为：其中三个锥球齿3分别位于等边三角形的三个顶角位置，另一个锥球齿3位于等边三角形内，在四个锥球齿3的轴心与钻头端面204的轴心之间的连线分别为第一距离线l1、第一距离线l2、第三距离线l3和第四距离线l4，第一距离线l1、第一距离线l2、第三距离线l3和第四距离线l4依次增大，沿钻头端面204的径向设置有参考线4和辅助参考线5，辅助参考线5与参考线4之间的夹角为30°，参考线4与第一距离线l1之间的夹角为40°，参考线4与第三距离线l3和第四距离线l4之间的夹角均为30°，辅助参考线4与第一距离线l2之间的夹角为60°，保证对井底的覆盖率能够达到90％以上，从而提高了钻头主体2在钻进过程中的破岩效率，

进一步的，如图1、图3、图6所示，外缘面205与钻头锥面206之间设置有保径凸台207，保径凸台207为沿钻头主体2的周向设置的圆环状结构，保径凸台207的直径大于钻头端面204的直径，且保径凸台207的直径大于钻头锥面206的最大直径。通过保径凸台207对钻头主体2起到防护的作用，避免在长期作业过程中钻头主体2过度磨损导致物探钻头失效，延长物探钻头的使用寿命。

进一步的，如图1、图3、图4、图6所示，各排屑槽203沿钻头主体2的周向均匀排布，各排屑槽203的顶部均位于钻头锥面206的顶部位置，各排屑槽203依次穿过钻头锥面206、保径凸台207和外缘面205，各排屑槽203的底部均延伸至外缘面205的底部位置，各排屑槽203与位于外缘面205上的各锥球齿3相错开；各喷口201沿钻头主体2的周向匀布于钻头端面204的边缘位置，与各喷口201位置相对的排屑槽203的底部与对应的喷口201连通，从而保证流经各喷口201的空气能够顺利携带井底的岩屑通过对应的排屑槽203排出至地面，而且在空气从喷口201喷出的过程中还能够对钻头主体2起到冷却降温的作用，延长物探钻头的使用寿命。

进一步的，排屑槽203的数量为喷口201数量的两倍，每间隔一排屑槽203的另两排屑槽203分别与相邻两喷口201对应连通。

具体的，排屑槽203的数量为六个，喷口201的数量为三个。

本实用新型的物探钻头的特点及优点是：

一、该物探钻头在钻头主体2的底部端面上设置有多个锥球齿3，其与钻头主体2的连接位置为倒锥形结构，增大了与钻头主体2的连接面积，提高了与钻头主体2之间连接的稳定性，而且锥球齿3的侧壁具有更好的耐撞击能力，避免在作业过程中由于与岩石的不断撞击造成锥球齿3的过度磨损导致钻头主体2失效，延长物探钻头的使用寿命。本实用新型能够适应以灰岩为主的硬地层的钻井作业工作，钻头主体2具有优越的破岩性能，可极大延长钻头主体2的使用寿命，提高工作效率。

二、该物探钻头在钻头柄1的内部形成有第一流道101，钻头主体2的内部形成有与第一流道101相连通的多个第二流道202，钻头主体2上设置有与各第二流道202对应连通的多个喷口201，通过第一流道101、各第二流道202和各喷口201将压缩空气送入至井底，并通过空气将井底的岩屑携带至地面，保证破岩作业的顺利进行。

三、该物探钻头在钻头主体2的外壁上沿钻头主体2的周向开设有多个排屑槽203，每个排屑槽203均为沿钻头主体2的周向开设的螺旋状凹槽，物探钻头在作业过程中，控制钻头主体2的旋转方向与排屑槽由上至下在钻头主体2的轴向上的延伸方向相同，可随钻头主体2旋转过程中的惯性将空气和岩屑顺利输送至排屑槽203内，通过排屑槽203与钻头主体2的配合，便于压缩空气将井底的岩屑携带至地面，提高工作效率，保证钻井作业的顺利完成。

以上所述仅为本实用新型示意性的具体实施方式，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本实用新型保护的范围。